Keilriemenantriebe – genug Potential für zukünftige Großmähdrescher? VDI-MEG Kolloquium Mähdrescher 12./13.09.2013 Hohenheim Thomas Tilly, Leiter Systemtechnik Mechanik, CLAAS Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH
Keilriemenantriebe – genug Potential für zukünftige
Großmähdrescher?
VDI-MEG Kolloquium Mähdrescher 12./13.09.2013 Hohenheim
Thomas Tilly, Leiter Systemtechnik Mechanik, CLAAS Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH
Inhalt
� Entwicklung der Anforderungen für den Antriebsstrang und Zukunftsperspektiven
� technische Rahmenbedingungen in Fahrzeug und technische Grundlagen
� Vorgehen, Potentiale und ausgeführte Praxisbeispiele bei CLAAS
� Methodik in der Entwicklung und Validierung
� Zusammenfassung und Fazit
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Keilriemenantriebe – genug Potential?
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1960 ���� MATADOR GIGANT
2013 ���� LEXION 780� Leistung� Funktionen� Vielfruchttauglichkeit� Komfort� Lebensdauer
� Gab es Veränderungen?
2020 ���� ?
Keilriemenantriebe – genug Potential?
���� Funktionszuwachs?
� Fahrantrieb �
� Gutaufnahme (div.) �
� Dreschen (div.) �
� Abscheiden (div.) �
� Reinigen (div) �
� Korn bergen/ puffern (div.) �
� Häckseln �
� Spreu und Stroh aktiv Verteilen (div.) �
� Korntank entleeren (div.) �
� + X ?
���� Spezifikationszuwachs?
� Produktivität �
� Neue Fruchtartspezifika �
� Bauraum/ Leistungsdichte � !!!
� Regelverhalten �
� Verfügbarkeit �
���� Mehr Flexibilität gefordert?
� weltweite Beschaffung �
� neue Varianten �
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� Was bringt die Zukunft?
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100
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600
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Flachriemen �Verbundriemen
Zugstrang Polyester �Aramid
Breitkeilriemen CR �EPDM
Zugstrang Aramid�Aramid hochfest + verstärkter Kern
???
Motorleistung [kW]
Keilriemenantriebe – genug Potential?� Was lernen wir aus der Vergangenheit?
+ zahlreiche Systemverbesserungen in vielen Anwendungen
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Antriebe im Mähdrescher� Ausgangslage und Rahmenbedingungen
vorwiegend Kombinationen aus Hydraulik und diversen Zahnradgetrieben üblich
vorwiegend Kombinationen aus Umschlingungs-und Zahnradgetrieben
Arbeitsbreite der Verfahrenstechnik:� 1700mm � relevant für Durchsatzleistung
Gesamtbreite 2990mmFahrantrieb
Antriebe Verfahrenstechnik
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Antriebe im Mähdrescher� verwendete Keilriemen
Gesamtbreite 2990mm
Keilriemen in der Landtechnik � Spezialentwicklungen
Arbeitsbreite der Verfahrenstechnik:� 1700mm � relevant für Durchsatzleistung
Antriebe im Mähdrescher� Vorteile von Keilriemenantrieben
���� positive Systemeigenschaften
� große Achsabstände einfach, geräuscharm, verlustarm und kostengünstig möglich
� einfache Montage/ Demontage/ geringe Anforderungen an die Präzision der Karosserie
� integrierte „Überlastfunktion“
� einfache und verlustarme CVT-Lösung möglich (mit begrenzter Spreizung)
���� vielfältige konstruktive Möglichkeiten
� sehr geringe Werkzeugkosten
� großes Drehzahl- und Leistungsspektrum
� Zusatzfunktionen möglich: Kuppelfunktion, Stufentrieb, Antrieb über Rücken etc.
� breites Marktangebot an Keilriemen verfügbar
� viele Funktionen/ Verbraucher in 1 Antrieb integrierbar
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� Mathematik
� Komponente und Werkstoffe
� vielfältige Parameter zu beachten
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Antriebe im Mähdrescher� Grundlagen zu Keilriemen
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Übertragbares Drehmoment steigern:� Vorspannung +� Profilwinkel +� Umschlingungswinkel +� gesteigerte Reibwerte +
� Riemengeschwindigkeit +
Performanz Antrieb
Gebrauchs-eigenschaften
Fertigungs-prozesse
Verfahren
Maschinen und Anlagen
Prozess-parameter
Materialien
Installation im Fahrzeug
Montage
Rand-bedingungen
Oberflächen
Verschmutzung
Präzision
Leistungsdichte
Komponente
Geometrie
Profil
Verzahnung
Präzision
Material
Zugstrang
Matrix
Aufbau
System
Geometrie
Durchmesser
Breite
Konzeption insgesamt
DrehzahlplanDirektantrieb
Untersetzungs-getriebe
Vorspannungstatisch
dynamisch11.09.2013 Tilly | Keilriemenantriebe – genug Potential für zukünftige Großmähdrescher?10
Potentialanalyse Keilriemenantriebe für Mähdrescher� Strukturbaum
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Umsetzungsbeispiel� Vorsatzantrieb Baureihe LEXION
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wesentliche Anforderungen
� hoher Wirkungsgrad im gesamten Arbeitsbereich
� PNenn = 200 kW
� nVorsatz= 500 U/min bis 760 U/min
� alle marktverfügbaren Vorsatzgeräte
� in Mais bis zu 16 (!) Pflückeinheiten
� konstante oder variable Übersetzungen über großes Leistungsspektrum
� Gewichtsreduktion + kostenoptimierte Basisvariante
Quelle: Furmaniak , Tilly VDI Fachtagung Landtechnik 2012
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Umsetzungsbeispiel� Vorsatzantrieb Baureihe LEXION
Variante XL
Variante L
Variante M
Variante XXL
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� Hauptvorgelegewelle� Leistungsversorgung
� Einzugskanal � Antriebswelle Kettenförderer
� Anschluss Vorsatzgerät� Gelenkwelle (Pflücker beidseitig)
Ergebnis der Konzeption:Leistungsfähigkeit
+ 100% gegenüber Vorgänger
Quelle: Furmaniak , Tilly VDI Fachtagung Landtechnik 2012
Umsetzungsbeispiel� Dreschwerkantrieb Baureihe TUCANO
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� Wendetrommelwelle� Leistungsversorgung
� Dreschtrommel� APS Trommel (optional)
wesentliche Anforderungen
� kostenoptimierte Basisvariante
� PNenn = +35 % vgl. Vorgänger
� nDreschtrommel = 650 U/min bis 1500 U/min
� optional � 280 U/min bis 1500 U/min (Dreschtrommelreduziergetriebe üblich)
� optional � „synchrone“ Wendetrommel darstellen
� hoher Wirkungsgrad im gesamten Arbeitsbereich
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Umsetzungsbeispiel� Dreschwerkantrieb Baureihe TUCANO
Dreschwerk ohne APS Dreschwerk mit APS
Grundausstattung
+ Option Reduziergetriebe
+ Option synchrone Wendetrommel
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Umsetzungsbeispiel� Dreschwerkantrieb Baureihe TUCANO
Aufgabenstellung
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Herausforderung primär� einfache Grundausstattung entwickeln!
Ergebnis der Konzeption:+ 35 % Leistungsfähigkeit gegenüber Vorgänger
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Berechnungsmethodik� Konzeption � Auslegung � Validierungsgrundlage
� Geometrie� Spanner� Trumkräfte/ Achslasten� Lebensdauer und Ermüdung� Lastkollektive
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Validierungsmethodik� Zielstellung und Umsetzung
� Ziele
- Kompetenz der Keilriemenhersteller nutzen
- nachhaltige und einheitliche Systematik sicherstellen
- weltweite Beschaffung aus unterschiedlichen Fabriken
� Komponententests� Materialentwicklung beim Keilriemenhersteller� Standardtests beim Keilriemenhersteller� Leistungsprüfungen beim Keilriemenhersteller� Leistungsprüfungen bei CLAAS
� Systemtests � Verspannungsprüfstände bei CLAAS� Kupplungsprüfstände u.a. bei CLAAS� Fahrzeugprüfstände bei CLAAS
� Fahrzeugtests � Dauerlaufversuche mit Langzeitdatenerfassung
Zusammenfassung
� Forderungen nach Leistungsdichte, Funktionen, Flexibilität, Qualität und Wirtschaftlichkeit
� Potentiale vorhanden in Systemlayout, Geometrie, Komponente und Werkstoff
� Erfolgsfaktoren �
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Auslegung/ Konzeption
Zusammenarbeit Entwicklungspartner
Entwicklungsmethoden
Fazit
� Eigenschaften + konstr. Möglichkeiten + div. Potentiale = Keilriemenantriebe der Zukunft
� Entscheidung von Konzepten systematisch, objektiv und faktenbasiert:� Keilriemen können auch für zukünftige Anwendungen viele Anforderungen erfüllen.
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Keilriemenantriebe – genug Potential für zukünftige Großmähdrescher!